Questão 104 — ENEM 2021 PPLCaderno azul · 2º Dia

Ficha da Questão

• 📚 Matérias Necessárias: Física → Termologia (condução térmica e condutividade térmica dos materiais)
• ⚡ Nível: Fácil — exige apenas comparar valores numéricos de uma tabela e associar o conceito de condutividade térmica à ideia de isolamento
• 🎯 Tema/Habilidade: Condutividade térmica como propriedade física dos materiais; competência de interpretar dados tabulados e relacioná-los a um fenômeno físico do cotidiano
• 🏆 Gabarito: E — revelado após resolução completa

Passo 1 — Leitura Estratégica do Comando

• Comando reformulado: "Entre os cinco materiais listados, qual é o melhor isolante térmico, ou seja, qual mantém o alimento quente por mais tempo?"
• Palavras-chave decisivas: condutividade térmica, maior intervalo de tempo, mesma espessura
• Armadilha típica: confundir "manter o alimento aquecido por mais tempo" com "material que conduz calor mais rápido" — o candidato apressado tende a escolher o metal de maior k (cobre) pensando que ele "aquece mais rápido", quando na verdade o que se quer é justamente o oposto: reter o calor dentro do recipiente, e não deixá-lo escapar.
• O que a resposta precisa demonstrar: compreensão de que reter calor exige baixa condutividade térmica (bom isolante), e não alta condutividade (bom condutor).

Passo 2 — Mapa de Conceitos Essenciais

• Condutividade térmica (k): grandeza física que mede a capacidade de um material transmitir calor por condução. Materiais com k alto (como os metais) transportam energia térmica rapidamente através de si; materiais com k baixo (como cerâmicas, vidros e plásticos) dificultam essa passagem.
• Lei de Fourier da condução: o fluxo de calor (Φ) através de uma placa de espessura e área conhecidas é dado por Φ = k·A·ΔT / e, em que e é a espessura do material. Como o enunciado fixa "recipientes de mesma espessura", a única variável que diferencia os materiais é o próprio k — quanto maior k, maior o fluxo de calor para fora do recipiente, em um dado intervalo de tempo.
• Bom condutor × bom isolante térmico: condutor térmico (k alto) transfere energia rapidamente entre dois meios em contato — útil, por exemplo, em panelas que precisam aquecer o alimento rápido no fogão. Isolante térmico (k baixo) dificulta essa transferência — útil para guardar o calor já adquirido, como em uma vasilha que mantém a comida quente na mesa.
• Relação inversa entre k e tempo de retenção de calor: para uma mesma diferença de temperatura entre o alimento e o ambiente, quanto menor o k do material do recipiente, menor o fluxo de calor por unidade de tempo, e portanto maior o tempo necessário para que o alimento perca uma dada quantidade de energia térmica e esfrie.

Passo 3 — Decodificação do Enunciado

• Evidência 1: "recipientes de mesma espessura" → elimina a espessura (e) como variável de comparação na Lei de Fourier; a única grandeza que resta para diferenciar o desempenho térmico dos recipientes é k, o coeficiente de condutividade térmica de cada material.
• Evidência 2: "material recomendado para manter o alimento aquecido por um maior intervalo de tempo" → a questão não pergunta qual material esquenta o alimento mais rápido (isso pediria o maior k), mas sim qual retarda ao máximo a perda de calor do alimento para o ambiente — ou seja, pede o menor valor de k da tabela.
• Síntese: juntando as duas evidências, o caminho de resolução se resume a localizar, na tabela de condutividade térmica, o material com o menor coeficiente k, pois ele será o que oferece maior resistência à saída de calor do recipiente, mantendo o alimento aquecido por mais tempo.

Passo 4 — Resolução Completa (Passo a Passo)

Subpasso 4.1 — Organizar os dados da tabela

A tabela do enunciado fornece a condutividade térmica k (em kcal/h·m·°C) de cinco materiais:

• I — Cobre: k = 332,0
• II — Alumínio: k = 175,0
• III — Ferro: k = 40,0
• IV — Vidro: k = 0,65
• V — Cerâmica: k = 0,40

Note a enorme diferença de ordem de grandeza entre os metais (cobre, alumínio, ferro) e os materiais não metálicos (vidro, cerâmica): os metais conduzem calor centenas de vezes mais rápido do que o vidro e a cerâmica.

Subpasso 4.2 — Aplicar o critério físico (menor k = melhor isolante)

Como discutido no Passo 2, para recipientes de mesma espessura, o fluxo de calor perdido pelo alimento é diretamente proporcional a k. Ordenando os materiais do menor para o maior k:

V (0,40) < IV (0,65) < III (40,0) < II (175,0) < I (332,0)

O material V (cerâmica), com k = 0,40 kcal/h·m·°C, é o que apresenta o menor coeficiente de condutividade térmica entre todos os cinco listados — ainda menor do que o vidro (0,65), que já é um isolante razoável comparado aos metais.

Subpasso 4.3 — Verificação

Se a cerâmica tem o menor k, ela transmite calor mais lentamente do que qualquer outro material da lista. Logo, um recipiente de cerâmica retém o calor do alimento por mais tempo antes que ele escape para o ambiente externo — exatamente o que o enunciado pede. Esse resultado é coerente com o senso comum: panelas de cerâmica e louças de barro são tradicionalmente usadas para servir comida quente à mesa por mais tempo, enquanto panelas metálicas (cobre, alumínio) são usadas no fogão justamente por aquecerem e esfriarem rápido. A alternativa que aponta o material V é, portanto, a resposta correta.

Passo 5 — Análise Crítica de Todas as Alternativas

A) I (Cobre)

❌ Incorreta: o cobre tem k = 332,0, o maior valor da tabela. É um excelente condutor térmico, ideal para aquecer rapidamente um alimento no fogo, mas péssimo para retê-lo aquecido, pois libera calor para o ambiente com a mesma facilidade com que o absorve.

B) II (Alumínio)

❌ Incorreta: k = 175,0, também um metal de alta condutividade. Embora conduza calor bem menos que o cobre, ainda está muitíssimo distante dos valores de vidro e cerâmica, funcionando como bom condutor — e não como isolante.

C) III (Ferro)

❌ Incorreta: k = 40,0. É o metal "menos condutor" entre os três listados, mas seu valor ainda é dezenas de vezes maior que o do vidro e da cerâmica, o que o torna inadequado para reter calor por longos períodos.

D) IV (Vidro)

❌ Incorreta: k = 0,65. É um bom isolante térmico comparado aos metais, mas não é o melhor da tabela — seu coeficiente é maior que o da cerâmica (0,40), significando que ele perde calor um pouco mais rápido que o material V.

E) V (Cerâmica)

✅ Correta: k = 0,40, o menor coeficiente de condutividade térmica entre os cinco materiais. Por conduzir calor mais lentamente que todos os demais, o recipiente de cerâmica é o que melhor retém a energia térmica do alimento, mantendo-o aquecido pelo maior intervalo de tempo.

🏆 Gabarito: E — a cerâmica (material V) possui o menor coeficiente de condutividade térmica (k = 0,40 kcal/h·m·°C) da tabela, sendo, portanto, o melhor isolante e o recipiente que mantém o alimento aquecido por mais tempo.

Passo 6 — Conclusão, Generalização e Dica de Prova

• Reafirmação do gabarito: entre todos os materiais listados, apenas a cerâmica combina o menor valor de k da tabela com a função pedida (reter calor), o que torna a alternativa E a única fisicamente coerente com o enunciado.
• Padrão de cobrança: o ENEM costuma explorar condutividade térmica em contextos do cotidiano — utensílios de cozinha, roupas de frio, isolamento de casas, garrafas térmicas — sempre pedindo para o estudante relacionar o valor numérico de k a uma aplicação prática (aquecer rápido vs. manter a temperatura).
• Generalização: sempre que a questão pedir "manter/reter/isolar" (calor, frio, temperatura), a resposta está associada ao menor k da tabela; sempre que pedir "aquecer/resfriar/transferir calor rapidamente", a resposta está associada ao maior k.
• Dica de eliminação rápida: ordene mentalmente os valores de k em segundos — os três maiores (metais) são descartados de imediato quando a pergunta fala em "manter aquecido por mais tempo"; restam apenas os dois menores (vidro e cerâmica), e basta comparar esses dois para fechar a resposta.
• Conexões: Lei de Fourier da condução de calor; capacidade térmica e calor específico (para questões que comparam quanto de energia um material armazena, em vez de quão rápido ele a transmite); isolantes térmicos usados em construção civil e vestuário.